在太空上的生物實驗,是人類曙光?

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說起太空上的科學研究,第一個浮上腦海的往往是探索外空的物理研究。但除此之外,還有生物學實驗。根據《Nature》期刊所述,截至目前為止,在太空上執行的實驗超過 3,000 項,其中有 1,200 項就是涉及生物與生技領域,甚至超出物理實驗 300 項。

太空生物實驗遠超乎想像

太空實驗似乎著眼於微重力與低重力對水滴或燭火的影響,而這些物理性質的實驗很容易展示在大眾面前。相比之下,將生物實驗結果示於眾無疑是一項艱困的挑戰。你知道 2016 年曾在國際太空站實施奈米孔定序嗎?這只在《小小兵》電影上映後一年,卻沒什麼人知道!

一個 USB 大小的定序器就可以提供微生物在國際太空站上的生長資訊,但生物學實驗絕不僅止於微生物,還囊括人類免疫系統、植物生長、基因表現、神經疾病、癌症療法,以及國際太空站上實驗室的溫室氣體排放。

基因線上國際版:一睹太空上的生物實驗!

生物實驗能解決人類的困境?

以下整理在太空執行過的生物實驗:

  • 微重力對身體系統的影響:大多數生物實驗是藉由鼠類實驗或細胞培養來完成。鼠類動物生命週期比人類短,所以十分適合用以研究人類在太空飛行時可能會發生的老化相關併發症。除此之外,鼠類也可以用來研究微重力對身體系統的影響,如肌肉骨骼系統、心血管系統、神經系統及生殖系統等等。
  • Myotones 實驗:是一項由歐洲太空總署(European Space Agency,簡稱 ESA)主導的實驗,不僅能協助解決太空人所面臨的肌肉萎縮,也制定並優化他們的復健計畫。
  • 治療免疫疾病:研究顯示,當太空在軌道航行時,他們的免疫系統會受到抑制。我們可以透過研究這些太空人的免疫系統是如何反應,進而治療如氣喘的免疫疾病,而這項機制可用於活化個體的免疫細胞。
  • 單株抗體大邁進:說到人類健康,怎麼能不提到癌症。走進太空的實驗也不外乎是要找到能更有效對付癌症的絕佳利器。用於治療癌症的單株抗體溶解度低,因此需要用靜脈注射來進行。然而,使用結晶法便能將藥物濃縮成一小包裝,這樣一來,藥物在冷鏈(Cold Chain)之外也能夠長距離運送,對患者施行治療也更方便快速。
  • 基因工程植物:我們力圖扎根於其他星球,而在這些遠離家園的新棲所,仍需要自給自足的方法。儘管很輕易就能透過化學方法達成氣體轉換,但如何在這些星球土地上種出糧食才是問題。因此,科學家轉而投入基因工程,試圖製造出不僅可以在惡劣環境下生存,也還具有營養價值的植物。
  • 尋找微生物新生存地:近年,科學已揭示微生物在我們日常生活中扮演的重要角色。但是,一旦我們離開地球,轉移陣地到其他星球,這些重要的微生物能在新地方生存嗎?與宿主——也就是人類——的相互作用會因此改變嗎?為釐清這點,一批耳烏賊(Bobtail Squid)與他的共生小夥伴費氏弧菌(Vibrio fischeri)一同被送往太空,費氏弧菌出現在耳烏賊的特定器官上,並能使烏賊在黑暗中發光。
  • 細菌的太空旅行挑戰:以微觀角度來看,研究發現某種細菌可以安然度過太空旅行的挑戰。這無疑是一特別的發現,這項實驗引發更多生命起源的說法,或者生命其實是由隕石或宇宙塵埃帶來的?甚至加深人類前往外星尋找棲地的決心。
  • 雙胞胎實驗:有時候太空人會變成受測者,而不是施測者。美國太空總署(National Aeronautics and Space Administration,簡稱 NASA)一項熱門的的雙胞胎實驗便是研究擁有相同遺傳結構的雙胞胎,長期活動在不同的環境的情況下,低重力對他們有何影響。而在端粒長度、基因表達,甚至微生物組成方面都觀察得到可逆的差異。短端粒的增加與某些基因表達的缺失顯然為太空飛行的風險提供各項重要的線索。
延伸閱讀:解讀雙胞胎實驗新結果! 改變的是「太空基因」表現而非序列本身!

危機與轉機是一體兩面

現在,已有許多公司正積極地想要開拓其他星球,以延續人類存在的時間,那麼太空上的生物探索會不會成為下一項有勇無謀、只得淪為空想的計畫呢?

雖然各項新穎的技術,如 CRISPR 的可用性,已向人類揭示往未知領域探險的可能性,但是賀建奎的基因編輯嬰兒實驗不也同樣引起軒然大波。

允許太空人執行這些實驗時,也該審慎考慮他們可能會在外星上暴露於致命的危險。這是在科學倫理上需要仔細權衡的地方。

原文:Ameya Paleja

編譯:Lauren Kao

延伸閱讀:太空旅行會讓人精疲力盡?粒線體功能會被大幅影響!

參考資料:

  1. https://www.nature.com/articles/d41586-020-03085-8
  2. https://www.dlr.de/content/en/articles/missions-projects/horizons/experimente-horizons-myotones.html;jsessionid=3DB532FDF67D56EC421FACD1A0110C11.delivery-replication1
  3. https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/b4h-3rd/hh-understanding-asthma-from-space
  4. https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/b4h-3rd/hh-improving-treatments-tiny-crystals
  5. https://www.nasa.gov/centers/marshall/news/industry-partner-for-space-based-study-of-alzheimers-key.html
  6. https://edition.cnn.com/2020/08/26/world/earth-mars-bacteria-space-scn/index.html
  7. https://www.science.org/doi/10.1126/science.aau8650
  8. https://leaps.org/should-science-give-astronauts-genetic-superpowers-for-space-travel/

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